基于Mindlin理论的大负载纵弯谐振超声磨削变幅器设计与试验研究

发布时间：2024-12-06 23:36

　　超声磨削加工是一种硬脆材料的精加工工艺,可大幅降低磨削力和磨削热,提高磨削精度和磨削效率。超声磨削加工设备是超声磨削加工的实际载体,而超声磨削变幅器设计的优劣又直接影响其加工效果,所以超声磨削变幅器设计方法具有重要的研究意义。目前超声磨削变幅器的设计理论多针对小负载刀具,变幅器材料均为单一材料,不适用于多材料、大负载的阶梯环盘砂轮,限制了大负载超声磨削变幅器的使用。本文基于Mindlin理论对纵弯谐振变幅器的振动模型进行了研究,提出了其理论设计方法,并开发了纵弯谐振变幅器设计软件。利用该设计方法设计了纵弯谐振模式超声磨削主轴。该研究可为大负载阶梯环盘砂轮的纵弯谐振变幅器的设计提供理论与试验依据。本文的研究工作主要有以下几个方面:(1)基于Mindlin理论推导了单环盘横向弯曲谐振的位移等物理量的表达式,根据环盘之间的连续条件和边界条件建立了阶梯环盘横向弯曲耦合振动模型。利用该模型求解了多个阶梯环盘横向弯曲谐振频率,并通过有限元仿真和谐振试验验证了其准确性。(2)结合变幅杆纵振和阶梯环盘横向弯曲谐振模型,利用环盘与变幅杆的连续条件,建立了纵弯谐振变幅器的振动模型,推导了相应的频率方程并研究...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 超声磨削工艺的特点和应用
    1.3 超声磨削设备的研究现状
    1.4 超声磨削变幅器的理论研究现状
        1.4.1 环盘振动的研究
        1.4.2 纵弯谐振变幅器的研究
    1.5 目前研究存在的不足
    1.6 研究意义与课题的来源
    1.7 论文的主要研究内容
2 多材料阶梯环盘横向弯曲耦合振动的研究与试验
    2.1 Mindlin中厚板动力学理论
        2.1.1 弹性动力学的基本方程
        2.1.2 中厚板动力学理论的基本方程
        2.1.3 环盘的圆柱坐标动力学方程
    2.2 多材料阶梯环盘的分析模型
    2.3 多材料阶梯环盘分析模型的频率方程
    2.4 计算实例与有限元分析
    2.5 谐振特性试验
    2.6 本章小结
3 纵弯谐振超声磨削变幅器的设计及其谐振特性研究
    3.1 纵弯谐振超声磨削变幅器分析模型的建立
    3.2 纵弯谐振超声磨削变幅器的设计
    3.3 有限元分析与阻抗分析试验
    3.4 纵弯谐振超声磨削变幅器的谐振特性
    3.5 本章小结
4 基于Matlab/GUI的超声磨削变幅器的设计工具
    4.1 阶梯环盘横向弯曲耦合振动频率计算模块
        4.1.1 频率计算模块功能设计
        4.1.2 频率计算模块工作流程
        4.1.3 频率计算模块图形用户界面设计
    4.2 纵弯谐振变幅器设计模块
        4.2.1 变幅器设计模块功能设计
        4.2.2 变幅器设计模块工作流程
        4.2.3 变幅器设计模块图形用户界面设计
    4.3 纵弯谐振变幅器有限元分析辅助模块
        4.3.1 有限元分析辅助模块结构
        4.3.2 有限元分析辅助模块工作流程
        4.3.3 有限元分析辅助模块图形用户界面设计
    4.4 本章小结
5 纵弯谐振超声磨削主轴设计
    5.1 超声磨削主轴的主要构成
        5.1.1 换能器
        5.1.2 超声发生器
        5.1.3 角接触球轴承
        5.1.4 刀柄
        5.1.5 金刚石砂轮
    5.2 超声磨削变幅器的设计
        5.2.1 变幅器的理论设计
        5.2.2 法兰盘位置的设计
    5.3 超声磨削主轴结构设计
        5.3.1 超声振动系统设计
        5.3.2 机械主轴结构设计
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果



本文编号：4014436